Substancje chemiczne

Pojęcie pierwiastka i związku chemicznego

Substancja (chemiczna)

Substancja (chemiczna), to zbiór atomów lub cząsteczek spełniających kryterium stałości składu.
Substancje chemiczne dzielimy na:

proste - formy występowania w stanie wolnym pierwiastków chemicznych
złożone - związki chemiczne

Substancje proste od złożonych możemy odróżnić, gdy poddamy je reakcji rozkładu. Substancje złożone ulegną rozłożeniu na prostsze, a substancje proste nie ulegną rozłożeniu.
Do substancji chemicznych nie zaliczamy mieszanin zarówno jednorodnych, jak i niejednorodnych. Nazywamy je preparatami chemicznymi.

Pierwiastek

Pierwiastek, to zbiór atomów posiadających tą samą liczbę atomową, która określa ile protonów znajduje się w jądrze danego atomu.

Związek chemiczny

Związek chemiczny tworzy zbiór cząsteczek, które mogą być zbudowane z dwóch lub więcej rodzajów atomów. Związek chemiczny charakteryzuje się stałym składem chemicznym i stałymi właściwościami.

Alotropia

Alotropia jest to występowanie tych samych pierwiastków chemicznych w różnych postaciach, które różnią się od siebie właściwościami. Różnica właściwości może być spowodowana różną budową krystaliczną (diament a grafit), rożną liczbą atomów w cząsteczce (tlen a ozon)

Symbole i wzory chemiczne

Symbol pierwiastka

Każdy pierwiastek posiada swój określony symbol, na przykład węgiel ma symbol C. Symbol pierwiastka pochodzi od jego nazwy łacińskiej. Pierwiastki nowo odkrywane, te o najwyższych liczbach atomowych mają symbole trzyliterowe.

Wzór sumaryczny

Wzór sumaryczny jest sposobem zapisu, który określa rodzaj i liczbę tomów związku chemicznego

Wzór strukturalny

Wzór strukturalny opisuje rodzaj i liczbę atomów w cząsteczce oraz rodzaj wzajemnego powiązania

Wzór strukturalny uproszczony

Wzór strukturalny uproszczony stosowany jest w celu uproszczenia zapisu cząsteczek związków organicznych, pomija się w nim wiązania łączące dany pierwiastek z atomami wodoru.

Wzór elektronowy(wzór Lewisa)

Wzór elektronowy(wzór Lewisa) to taki wzór, w którym przedstawia się wszystkie elektrony walencyjne atomów występujących w danej cząsteczce.

Wzór elementarny (empiryczny)

Wzór elementarny (empiryczny) jest to najprostsza postać zapisu związku, która podaje, w jakim stosunku ilościowym występują atomy pierwiastków w danej cząsteczce.
wzór elementarny(empiryczny)

Wartościowość pierwiastków

Wartościowość pierwiastków, to cecha pierwiastków chemicznych określająca iloma wiązaniami chemicznymi może się dany pierwiastek łączyć z innymi. Pojęcie to, jest często zastępowane pojęciem stopnia utlenienia i liczby koordynacyjnej, wynika to z faktu małej precyzyjności tego pojęcia, które uwypukla się przy opisie wiązań lub oddziaływań będących na granicy wiązań i innych oddziaływań fizycznych.
Należy pamiętać, że większość pierwiastków może przyjmować różną wartościowość w różnych związkach chemicznych. Wartościowość przyjęto oznaczać liczbą rzymską (I, II, III, IV…)

Zasady tworzenia wzoru sumarycznego

Przy tworzeniu wzoru sumarycznego związku najwygodniej jest posłużyć się metodą krzyżowej wartościowości. Zapisujemy ogólną postać związku z uwzględnieniem wartościowości pierwiastków. Ilość atomów poszczególnych pierwiastków oznaczamy jako niewiadome (na przykład: x,y,z…).
Niewiadomym pierwiastka A przypisujemy wartościowość pierwiastka B, niewiadomym pierwiastka B przypisujemy wartościowość pierwiastka A (na krzyż):

Jeżeli liczby przypisane niewiadomym mają wspólny podzielnik to je skracamy.
a) związek: wodór (H) i tlen(O):

Rozmiar: 410 bajtów

b) związek: siarka(S) i tlen(O):

Rozmiar: 536 bajtów

Regule krzyżowej wartościowości nie podlegają dwa typy związków:
a) związki, w których występują wiązania chemiczne miedzy atomami tego samego pierwiastka na przykład:
nadtlenki

węglowodory

b) związki, które zawierają atomy tego samego pierwiastka lecz o różnej wartościowości, na przykład

Tę regułę możemy też zastosować do związków zawierających więcej niż dwa pierwiastki, jeżeli fragment (A) tego związku lub fragment (B) ewentualnie oba te fragmenty są grupami
Rozmiar: 370 bajtów

Stopień utlenienia, zasady określania stopnia utlenienia

Stopień utlenienia odpowiada liczbie ładunków elementarnych (elektronów), które miałby dany atom, gdyby wszystkie wiązania w danej substancji były jonowe (jeżeli przekazanie elektronu oznacza pełne przekazanie elektronu to powstaje wiązanie jonowe, gdy przekazanie elektronu jest częściowe to tworzy się wiązanie kowalencyjne).
Stopień utlenienia pierwiastka w danym związku chemicznym podaje się za pomocą cyfr rzymskich, zapisywanej nad symbolem pierwiastka, jeżeli stopień utlenienia jest ujemny to cyfrę rzymska poprzedza się znakiem minus.
Przykład zapisu

Stopień utlenienia pierwiastka wpływa na jego właściwości chemiczne. Jeżeli wzrasta stopień utlenienia to:

właściwości zmieniają się od zasadowych przez amfoteryczne do kwasowych
wzrasta tendencja do tworzenia anionów, maleje do tworzenia kationów
rośnie moc kwasów tlenowych, maleje moc wodorotlenków
rosną właściwości utleniające, maleją właściwości redukujące

Jak określić stopień utlenienia pierwiastka?

stopień utlenienia pierwiastków w stanie wolnym wynosi zero;
suma stopni utlenienia w obojętnej cząsteczce wynosi zero, jeżeli jest to jon złożony, to równy jest ładunkowi tego jonu
w jonie jednoatomowym stopień utlenienia pierwiastka jest równy ładunkowi tego jonu
tlen w związkach ma stopień utlenienia (-II) za wyjątkiem związków, w których występuje wiązanie miedzy dwoma atomami tlenu oraz w związkach z fluorem
wodór w związkach ma stopień utlenienia (I) za wyjątkiem wodorków metali oraz w związkach z pierwiastkami mniej od niego elektroujemnymi, wtedy stopień utlenienia wodoru wynosi (-I)
fluor w związkach ma zawsze stopień utlenienia(-I)
litowce w związkach zawsze mają stopień utlenienia (I)
berylowce w związkach mają zawsze stopień utlenienia (II)
chlor w związkach ma stopień utlenienia (-I) za wyjątkiem związków z fluorem i tlenem

Mieszaniny substancji

Podział mieszanin:

homogeniczne- są jednorodne fizycznie, nie można w nich gołym okiem lub prostymi przyrządami optycznymi rozróżnić składników
heterogeniczne- są niejednorodne fizycznie, składnik tych mieszanin są widoczne

Rozdzielanie mieszanin niejednorodnych

sedymentacja- jest to proces zachodzący samorzutnie w wyniku różnicy gęstości składników mieszaniny
dekantacja- zlewanie cieczy znad osadu
sączenie (filtrowanie)- zlewanie mieszaniny przez filtr, który zatrzymuje substancje stałe

Rozdzielanie mieszanin jednorodnych:

odparowanie- ogrzewanie mieszaniny, w wyniku którego odparowuje bardziej lotny składnik
krystalizacja- polega na wykorzystaniu różnic w rozpuszczalności składników mieszaniny w zależności od temperatury
destylacja- polega na wykorzystaniu różnic w temperaturach wrzenia składników mieszaniny
chromatografia- rozdział substancji następuje w wyniku przepuszczenia roztworu badanej mieszaniny przez specjalnie spreparowaną fazę rozdzielczą (złoże). Fazą rozdzielczą są substancje wykazujące zdolności sorpcyjne lub zdolne do innych oddziaływań na substancje przepływające. Podczas przepływu eluenta (fazy ruchomej) przez fazę rozdzielczą następuje proces wymywania zaadsorbowanych (lub związanych) substancji. Intensywność tego procesu jest różna dla poszczególnych składników mieszaniny. Jedne składniki są więc zatrzymywane w fazie dłużej, a inne krócej, dzięki czemu może następować ich oddzielenie.

Mieszanina a związek chemiczny- różnice

związek chemiczny powstaje w wyniku reakcji chemiczne, mieszaninę otrzymujemy metodami fizycznymi
związek chemiczny ma określony niezmienny skład, mieszaninami skład dowolny
związek chemiczny ma inne właściwości niż pierwiastki, które go tworzą, składniki mieszanin zachowują swoje właściwości
związek chemiczny można rozłożyć tylko reakcja chemiczną, mieszaninę można rozdzielić wykorzystując właściwości fizyczne jej składników